1. 研究目的与意义
随着密码技术和计算机技术的发展SM2算法作为一种更先进安全的算法，在我们国家商用密码体系中被用来替换RSA算法。
目前来讲SM2性能相较于RSA算法更优更安全：密码复杂度高、处理速度快、机器性能消耗更小。
SM2 算法是我国国家密码局 2010 年公布的公钥椭圆曲线密码算法行业标准，2017 年成为国际标准，被广泛应用于物联网、工业控制等领域。
2. 课题关键问题和重难点
本课题需要以低开销、高效率为设计目的，基于 RISC-V 指令集扩展，研究和设计 SM2 算法软硬件协同设计，然后采用 Verilog HDL 描述 SM2 算法的硬件功能单元，并将其 RISC-V 处理器内核集成，完成功能验证；SM2 标准属于椭圆曲线密码体系，它与基于 ECC的其它国际标准，椭圆曲线标量乘算法是实现这一类标准的关键部分。
SM2 底层的基本SM2 算法在实现的过程中，会不断调用底层的素域运算，其中模加减运算比较简单，不会占用太多时间，而模乘运算调用次数多，计算时间长，是提高整体性能的关键运算。
在RISC-V架构中扩展自定义指令的方式简化ECC算法的底层运算，减少这些高调用次数的计算时间，可以提高计算效率，这是本课题关键以及难点。
3. 国内外研究现状（文献综述）
SM2 算法是由国家密码管理局发布的由我国自主设计的公钥密码算法，基于更加安全先进的椭圆曲线密码机制，在国际标准的 ECC 椭圆曲线密码理论基础上进行自主研发设计，具备 ECC 算法的性能特点并实现优化改进。
SM2算法包括数字签名算法、密钥交换协议、公钥加密算法和系统参数4部分。
由于 SM2 算法复杂度高、执行周期长，以及密码类嵌入式系统对性能开销要求严格，使得基于该算法的系统芯片(SoC)需要在设计初期对算法模块进行软硬件划分，根据不同的需求选择合适的划分方式以平衡性能和开销。
4. 研究方案
四、方案在ECC中椭圆曲线上算术运算是至关重要的，算术运算速度决定点乘运算速度，而点乘运算速度决定了加密机制运算速度，所以点乘的速度是衡量一个加密算法设计的重要标准。
以低开销、高效率为设计目的，期望能够运用RISC-V在资源依赖性、低功耗性、易用性、可定制性、可扩展性等方面的优势，基于 RISC-V 指令集扩展研究和设计 SM2 算法软硬件协同设计。
对于素数域256位点乘运算，运算数据为应用程序中的点P(x,y)和随机数发生器生成的随机数k，完成运算Q=[k]P。
5. 工作计划
第1-2周：提交开题报告，并进行课题的需求分析。
第3周：在导师的指导下进行课题详细设计。
第4周：在导师指导下进行课题模块化设计并进行模块代码编写与调试。
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